位于Cascina的自治市的处女座引力波探测器的鸟瞰图在市比萨附近在意大利。 处女座是一个长3公里的巨型迈克尔逊激光干涉仪 ，其肩部与两个相同的4公里LIGO探测器互补。在过去的三年中，人类有一种新型的天文学，与传统的天文学不同。 为了研究宇宙，我们不再只是使用大型探测器通过望远镜或中微子来捕捉光。 此外，我们还第一次看到了太空本身固有的波动：引力波。
LIGO探测器现已得到
处女座的补充，不久将得到
KAGRA和LIGO India的补充，它们的臂非常长，随着引力波的传播而伸缩，从而产生可检测的信号。 但是它是如何工作的呢？ 我们的读者问：
如果光的波长随时空本身伸展和收缩，LIGO如何检测重力波？ 毕竟，它们会膨胀和压缩探测器的两个臂，因此它们内部的波也必须膨胀和收缩。 装入肩部的波长数量是否将不会保持恒定，从而导致干涉图案不会发生变化并且无法检测到波浪？
这是人们想到的引力波最常见的悖论之一。 让我们弄清楚并找到解决方案！
实际上，像LIGO或LISA这样的系统只是一束激光，其光束穿过分束器并沿着相同的垂直路径传播，然后再次会聚成一个并产生干涉图。 随着肩长的变化，图片也随之变化。重力波检测器的工作原理如下：
- 创建了两个相同长度的长肩，整数个特定波长的光适合其中。
- 从肩膀上移走所有物质，并产生理想的真空。
- 相同波长的相干光分为两个垂直分量。
- 一个在一个肩膀上，另一个在另一个肩膀上。
- 光线从每个肩膀的两端反射了数千次。
- 然后重新组合，创建干涉图样。
如果波长保持不变，并且每个肩部的光传输速度没有变化，则沿垂直方向移动的光将同时到达。 但是，如果在任一方向上有逆风或逆风，到达时间将被延迟。如果在没有引力波的情况下干扰图像完全没有变化，则说明检测器配置正确。 您知道自己已经考虑了噪音，并且实验安排正确。 近40年来，LIGO一直在努力完成这样的任务：尝试正确校准其探测器并将灵敏度提高到实验可以识别重力波真实信号的程度。
这些信号的幅度非常小，因此很难达到必要的精度。
与高级LIGO实验的灵敏度相比，LIGO灵敏度是时间的函数。 由于各种噪声源而出现爆裂。但是，达到您想要的目标之后，您就可以开始寻找真正的信号了。 引力波在宇宙中出现的所有不同类型的辐射中都是唯一的。 它们不与粒子相互作用，而是空间结构的涟漪。
这不是垄断（转移电荷），也不是偶极子（如电磁场的振荡）辐射，而是四极子辐射的形式。
重力波不是交替地垂直于波动方向运行的电场和磁场，而是交替地拉伸和压缩它们在垂直方向通过的空间。
引力波沿一个方向传播，交替地在垂直方向上拉伸和压缩空间，这由引力波的极化决定。因此，我们的探测器就是这样设计的。 当引力波通过LIGO型探测器时，其一个肩部收缩，另一个肩部展开，反之亦然，从而给出了相互振荡的图像。 这些探测器的位置彼此成一定角度，并且分别位于行星上的不同位置，因此，无论通过它们的重力波的方向如何，该信号都不会影响至少一个探测器。
换句话说，无论重力波的方向如何，总会有一个探测器，当该波通过探测器时，其肩部会缩短，而另一肩部会以可预测的振荡方式伸展。
在光的情况下意味着什么？ 光始终以299792458 m / s的恒定速度c移动。 这是真空中的光速，并且在LIGO肩部内部有真空室。 并且，当引力波穿过每个肩部时，将其延长或缩短，它也会将其内部的光的波长延长或缩短适当的量。
乍看之下，我们遇到了一个问题：如果光线随着肩膀的延长或缩短而延长或缩短，那么总的干涉图不应随波的通过而变化。 这就是直觉告诉我们的。
LIGO（和处女座）发现了五次黑洞与黑洞的合并，还有第六个意义不充分的信号。 到目前为止，在合并之前，LIGO中观察到的最大的BH具有36个太阳质量。 但是，星系具有超大质量的黑洞，其质量超过太阳的质量达数百万甚至数十亿倍，尽管LIGO无法识别它们，但LISA可以做到这一点。 如果波频率与光束在检测器中停留的时间匹配，我们可以希望将其提取出来。但这不是那样的。 波长很大程度上取决于重力波通过时的空间变化，它不会影响干涉图。 仅光线穿过肩膀所需的时间很重要！
当引力波穿过一个肩部时，它会改变肩部的有效长度，并改变每条光线需要传播的距离。 一个肩膀拉长，增加通过时间，另一个则缩短，减少它。 随着到达时间的相对变化，我们看到了振荡模式，重新创建了干涉模式的偏移。
该图显示了LIGO和处女座于2017年10月17日检测到的重力的四个特定信号和一个电位（LVT151012）信号的重建。最新的黑洞检测GW170814是在所有三个检测器上进行的。 请注意合并的简短性-从数百毫秒到最大2秒。光线团聚后，它们传播的时间出现了差异，因此，干涉图样出现了可检测的偏移。 LIGO合作本身已经
发布了一个有趣的类比：
想象一下，您想与一位朋友进行比较，直到到达干涉仪臂的末端需要多长时间，反之亦然。 您同意以每小时一公里的速度旅行。 像LIGO激光束一样，您必须严格同时离开拐角站并以相同的速度移动。 您必须严格同时再次见面，握手并继续前进。 但是，假设您走到终点的一半时，引力波就过去了。 你们其中之一现在需要走很远的距离，而另一个人则需要走更少的距离。 这意味着你们中的一个人将比另一个人更早返回。 您伸出手与朋友握手，但她不在那儿！ 您的握手中断了！ 由于您知道运动的速度，因此您可以测量朋友返回所需的时间，并确定他必须走多远才能迟到。
当您用灯光而不是朋友来进行此操作时，您将不会测量到达的延迟（因为两者之间的差约为10
-19米），而是观察到的干涉图样的偏移。
当两个肩的大小相同，并且引力波不穿过它们时，信号将为零，并且干涉图样是恒定的。 随着臂长的变化，信号被证明是真实的并且振荡，并且干涉图案以可预测的方式随时间变化。是的，的确，当引力波穿过其位置时，光线会发生红色和蓝色偏移。 随着空间的压缩，光的波长也被压缩，从而使其变为蓝色； 随着拉伸，波浪被拉伸，使其变得更红。 然而，至少与光必须通过的路径长度的差异相比，这些改变是短期的且不重要的。
这是一切的关键：长波的红光和短波的蓝光花费相同的时间克服相同的距离，尽管蓝波将花费更多的波峰和波谷。 真空中的光速不取决于波长。 干涉图唯一重要的是光必须传播多远。
光子的波长越长，其能量越少。 但是所有光子，无论波长和能量如何，都以相同的速度移动：光速。 覆盖一定距离所需的波长数量可能会有所不同，但是移动光所需的时间将相同。当重力波通过检测器时，光传播距离的变化决定了观察到的干涉图样偏移。 当波通过检测器时，在一个方向上肩部会拉长，而在另一个方向上会同时缩短，这会导致路径长度和光通过路径的时间发生相对偏移。
当光以光速穿过它们时，波长的变化是无关紧要的。 当它们相遇时，它们将在时空处在一处，并且它们的波长将是相同的。 重要的是一束光线将在检测器中花费更多的时间，当它们再次相遇时，它们将不再同相。 这就是LIGO信号的来源，这就是我们检测重力波的方式！
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